基于機(jī)器學(xué)習(xí)理論的教育游戲設(shè)計(jì)
——以對(duì)外漢語(yǔ)教育游戲《學(xué)堂》為例

胡正言，于 延

(哈爾濱師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

1 對(duì)外漢語(yǔ)教學(xué)現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

漢語(yǔ)做為學(xué)習(xí)中國(guó)文化最重要的工具，已經(jīng)成為世界各國(guó)友人了解中國(guó)的渠道[1]。許多國(guó)家對(duì)漢語(yǔ)學(xué)習(xí)需求越來(lái)越大，漢語(yǔ)教育已經(jīng)呈現(xiàn)出國(guó)際化的態(tài)勢(shì)。語(yǔ)言是用來(lái)日常交流的工具，想要熟練運(yùn)用漢語(yǔ)需要漢語(yǔ)語(yǔ)言環(huán)境的支持。在目前的對(duì)外教學(xué)模式中，學(xué)習(xí)者所能接觸到的語(yǔ)言環(huán)境多來(lái)自課堂，學(xué)習(xí)者與漢語(yǔ)接觸的時(shí)間有限，無(wú)法模擬多種現(xiàn)實(shí)環(huán)境，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者私下學(xué)習(xí)時(shí)的發(fā)音不能被及時(shí)的糾正。和國(guó)人學(xué)習(xí)英語(yǔ)容易出現(xiàn)“中式英語(yǔ)”的錯(cuò)誤一樣，在不同文化和生活環(huán)境的影響下，國(guó)外學(xué)習(xí)者對(duì)漢語(yǔ)的學(xué)習(xí)也存在著諸多問(wèn)題，例如：①在聽(tīng)力方面，由于漢語(yǔ)多音字的特點(diǎn)，單純的針對(duì)各邊漢子的學(xué)習(xí)效果不佳；②因?yàn)榘l(fā)音習(xí)慣的不同，導(dǎo)致不能將漢語(yǔ)特色的發(fā)音熟練掌握，句型結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致邏輯不通順；③漢語(yǔ)獨(dú)有的一字多義和一字多音偏于抽象，不結(jié)合真實(shí)語(yǔ)境不能有效的理解含義。

2 教育游戲《學(xué)堂》設(shè)計(jì)

2.1 游戲性設(shè)計(jì)

(1)游戲的目的。設(shè)計(jì)該款教育電子游戲的目的意在加強(qiáng)和改善有一定基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)者漢語(yǔ)發(fā)音問(wèn)題。用重復(fù)的漢語(yǔ)發(fā)音來(lái)與游戲進(jìn)行交互，模擬漢語(yǔ)的語(yǔ)言環(huán)境。利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-隱馬爾可夫模型混合系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別，對(duì)用戶的發(fā)音進(jìn)行糾錯(cuò)，不斷加強(qiáng)用戶的口語(yǔ)水平。使用AI的智能搜索，針對(duì)泛化式教育存在的薄弱點(diǎn)，對(duì)用戶學(xué)習(xí)的知識(shí)目的性的選擇。

(2)游戲類(lèi)型。游戲類(lèi)型采用Roguelike-RPG游戲。Roguelike是20世紀(jì)80年代，由Michael Toy和Glenn Washman兩位軟件工程師基于UNIX系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的大型機(jī)上運(yùn)行的游戲。該游戲的特點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 Roguelike-RPG游戲特點(diǎn)

Roguelike游戲的這些特點(diǎn)使它的耐玩性和制作成本的性價(jià)比大大提高，其有趣的游戲機(jī)制令玩家很快進(jìn)入沉浸狀態(tài)[2]。玩家為了體驗(yàn)不同的游戲過(guò)程，反復(fù)的進(jìn)游戲，內(nèi)在動(dòng)機(jī)論[3]得以體現(xiàn)。

(3)游戲界面和背景采用2D。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)不需要把大量的時(shí)間花費(fèi)在建模上。游戲里所有涉及到文字的界面都有漢語(yǔ)，英語(yǔ)，以及拼音3種語(yǔ)言存在。玩家可以在選項(xiàng)設(shè)置中選在一種或多種語(yǔ)言同時(shí)顯示。并且漢子旁邊都配有發(fā)音按鈕，可以隨時(shí)學(xué)習(xí)正確發(fā)音。

(4)游戲故事。玩家扮演的角色因?yàn)槭鹿蚀┰降街袊?guó)的學(xué)堂。在穿越的過(guò)程中玩家得知只有到達(dá)學(xué)堂的最頂層才能解開(kāi)穿越的秘密。而在前往頂層學(xué)堂的途中，玩家會(huì)遭到敵人的阻礙(學(xué)堂的學(xué)生)，在每一層的樓梯前還有一個(gè)BOSS(先生)把守。玩家在前進(jìn)的道路上不斷獲得道具，提升裝備來(lái)?yè)魯橙?，最終到達(dá)頂層。

(5)游戲角色。游戲角色分為玩家所扮演的主角和敵人(學(xué)生和先生)。人物的屬性如下。玩家所扮演的角色血量歸零時(shí)游戲結(jié)束。

(6)游戲操作。游戲的基本操作可以選擇用鍵盤(pán)鼠標(biāo)來(lái)操作，方向鍵上下左右分別對(duì)應(yīng)前后左右移動(dòng)?？崭矜I代表確定，X鍵代表返回。同時(shí)也可以用漢語(yǔ)語(yǔ)音輸入，自然語(yǔ)言來(lái)控制?！扒斑M(jìn)”“后退”“左轉(zhuǎn)”“右轉(zhuǎn)”分別對(duì)應(yīng)鍵盤(pán)上4個(gè)方向鍵?！按_定”對(duì)應(yīng)空格鍵，“返回”對(duì)應(yīng)X鍵。

表2 人物屬性

(7)游戲的戰(zhàn)斗。游戲中玩家戰(zhàn)斗有兩種形式：①通過(guò)漢語(yǔ)與戰(zhàn)斗對(duì)象交互，回答問(wèn)題。從基礎(chǔ)的漢語(yǔ)拼音，到古詩(shī)詞和成語(yǔ)以及日常用語(yǔ)問(wèn)答。問(wèn)題的難易程度是根據(jù)計(jì)算機(jī)通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)你平常的發(fā)音以及漢語(yǔ)的使用來(lái)設(shè)置的?；卮鹫_則會(huì)有道具獎(jiǎng)勵(lì)，回答錯(cuò)誤將進(jìn)行戰(zhàn)斗。同時(shí)計(jì)算機(jī)利用機(jī)器學(xué)習(xí)玩家回答問(wèn)題的正確率和發(fā)音的正確率，根據(jù)克拉申的i+1理論，增加游戲中漢語(yǔ)的難度。并且利用AI的智能個(gè)性化搜索，在上網(wǎng)自動(dòng)搜索你感興趣的漢語(yǔ)問(wèn)題；②如果答題錯(cuò)誤，將直接進(jìn)入戰(zhàn)斗界面，玩家可以選擇，普通攻擊，技能使用，還有逃跑。普通攻擊無(wú)消耗，技能使用需要消耗MP。逃跑成功的幾率為50%。擊敗敵人的同時(shí)可以從敵人身上獲得金錢(qián)。

(8)道具的獲取。游戲中道具的獲取有兩種形式：①在每層不同的地方會(huì)隨機(jī)生成寶箱，玩家可以通過(guò)回答問(wèn)題獲得道具，回答錯(cuò)誤寶箱消失，同時(shí)隨機(jī)出現(xiàn)在該層的其他地方；②游戲開(kāi)始會(huì)在每層隨機(jī)生成神秘商店，玩家可以和AI的NPC進(jìn)行對(duì)話，通過(guò)金錢(qián)來(lái)購(gòu)買(mǎi)道具，由此來(lái)模擬平常所欠缺的語(yǔ)言環(huán)境。每局游戲的結(jié)束，AI都會(huì)根據(jù)玩家游戲中回答問(wèn)題的正確率和難易程度打印你的評(píng)分。評(píng)分分為SS、S、A、B、C、E、F，依次下降。評(píng)分的等級(jí)將決定你下局游戲初始裝備的好壞。

2.2 教育性設(shè)計(jì)

(1)學(xué)習(xí)序列。游戲參照了國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)的漢語(yǔ)拼音教育，以及相關(guān)對(duì)漢語(yǔ)學(xué)習(xí)書(shū)籍進(jìn)行了游戲的初始化內(nèi)容。學(xué)習(xí)過(guò)程同過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和智能搜索根據(jù)玩家的興趣特點(diǎn)下載合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。學(xué)習(xí)序列見(jiàn)表3。

(2)練習(xí)頻率。練習(xí)頻率在教育游戲中起著關(guān)鍵的作用，合理的數(shù)值能使學(xué)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果。計(jì)算機(jī)利用機(jī)器學(xué)習(xí)根據(jù)玩家回答問(wèn)題的正確率，回答時(shí)間和難易程度作為樣本進(jìn)行訓(xùn)練。由此針對(duì)玩家的薄弱項(xiàng)來(lái)制定練習(xí)頻率，將教育游戲的效果達(dá)到最大化。

表3 游戲的學(xué)習(xí)序列

(3)練習(xí)方式。游戲中的操作都可以用語(yǔ)音輸入來(lái)進(jìn)行。漢語(yǔ)拼音和漢字拼音的練習(xí)會(huì)以游戲中的選擇問(wèn)題形式顯示，玩家根據(jù)文字和讀音選擇正確的漢語(yǔ)拼音，例如玩家進(jìn)入問(wèn)答環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)利用智能搜索進(jìn)去互聯(lián)網(wǎng)選取漢字，對(duì)話框顯示“好”字的同時(shí)顯示“好”字筆畫(huà)順序的動(dòng)畫(huà)，計(jì)算機(jī)發(fā)出“好”的讀音，并且給出兩個(gè)選項(xiàng)：A.“hǎo”，B.“huài”，玩家選擇A則回答正確，玩家選擇B則回答錯(cuò)誤，機(jī)器學(xué)習(xí)會(huì)根據(jù)樣本在以后的問(wèn)題中安排更多與“好”字相關(guān)的問(wèn)題。日常常用單詞方面采用圖形聯(lián)想記憶，機(jī)制與上述類(lèi)似。漢語(yǔ)語(yǔ)法練習(xí)會(huì)對(duì)話框給出打亂的語(yǔ)句單詞，玩家需要根據(jù)語(yǔ)法將單詞重組成正確的語(yǔ)句。日常簡(jiǎn)單對(duì)話和長(zhǎng)難句情景對(duì)話分為兩部分，一是語(yǔ)音輸出并且是顯示漢字，高級(jí)進(jìn)階為只有語(yǔ)音輸出。

3 《學(xué)堂》游戲測(cè)試及評(píng)價(jià)

為了測(cè)試游戲的可行性、趣味性和學(xué)習(xí)效果，在此請(qǐng)到了本專(zhuān)業(yè)留學(xué)生進(jìn)行了測(cè)試。分為兩組，一組為使用《學(xué)堂》學(xué)習(xí)拼音，另一組通過(guò)普通學(xué)習(xí)來(lái)學(xué)習(xí)拼音。游戲的測(cè)評(píng)結(jié)果如下：①需要30學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)的漢語(yǔ)拼音知識(shí)，使用游戲在20小時(shí)之內(nèi)就可以完成；②在學(xué)習(xí)結(jié)束后的拼音測(cè)試中，運(yùn)用游戲?qū)W習(xí)的人測(cè)試平均分為98.9，明顯高于普通學(xué)習(xí)的93.2，學(xué)習(xí)效率大大提升；③游戲可以流暢運(yùn)行，游戲的趣味性得到了認(rèn)可；④游戲的目的性明確，玩家操作簡(jiǎn)單易上手；⑤游戲運(yùn)行時(shí)需要大量?jī)?nèi)存，語(yǔ)音識(shí)別和智能搜索的時(shí)間較長(zhǎng)，打斷了玩家的思路，影響了游戲體驗(yàn)；⑥游戲界面采用2D像素風(fēng)，部分玩家覺(jué)得畫(huà)面風(fēng)格樸素，游戲場(chǎng)景和UI界面有待升級(jí)；⑦Roguelike游戲的獨(dú)有的不可挽回性和游戲非線性得到玩家的一致好評(píng)，基于這些特點(diǎn)使得玩家每局游戲的體驗(yàn)都不相同，游戲的耐玩性得以體現(xiàn)；⑧游戲的背景音樂(lè)單一。